ЕНЕРГИЯ - Списание за оборудване, технологии и инженеринггодина X, брой 5, 2018

Газоизмервателни станции

Газоизмервателни станции

За да може една компания да управлява ефикасно своята газопроводна система, необходимо е да се знае по всяко време какво е количеството на природния газ в системата. Това може да се окаже трудна задача, тъй като често газопроводите се простират на дължина от няколко хиляди километри. С оглед на изпълнение на задачата газопроводните компании конструират и използват съоръжения за измерване на количеството на преминалия през газопровода природен газ, наричани газоизмервателни станции. Те се проектират надземно и се монтират в близост до или на газопроводите от преносната мрежа.
Средствата за измерване трябва да предоставят точни и непрекъснати данни за природния газ. Някои от измервателните станции извършват едновременно регулиране на газовото налягане и доставените обеми и се наричат измервателни и регулиращи станции. Оборудването за регулиране на налягането обезпечава подържането му в точно определен обхват, когато природният газ постъпва в газопровода или излиза от него. Това е особено важно за безопасността, тъй като газопроводните системи са проектирани да издържат на конкретни налягания.


Освен че измерват количеството на природния газ, който преминава през газопровода, газоизмервателните станции извършват непрекъснат анализ на качеството на природния газ. Определя се горна калорична стойност на горивото, която представлява скритата енергия на газа, която се освобождава по време на горене. Това е основната променлива, която се използва за определяне цената на природния газ. Освен това се измерва и концентрацията на серни съединения. Водороден сулфид и меркаптани присъстват частично като естествени съединения и понякога се смесват с газа заедно с други серни съединения като одоранти. Определя се и точката на оросяване на въглеводородите, която представлява температурата, при която висшите въглеводороди кондензират. Получава се течна фаза в газопровода, ако температурата на продукта падне под точката на оросяване на въглеводородите. Натрупването на течност и нейното придвижване в газопровода може да повреди компресорите в газовата компресорна станция. Водата, заедно с въглеводородите, благоприятства за образуването на твърди тела, например при декомпресирането на газа от газопроводите с високо налягане. Тези твърди тела и водата са корозивни. Не на последно място се осъществяват и изчисления на финансовите резултати от трансферираните обеми природен газ и измервания на масов поток.

Основни компоненти на газоизмервателните станции
Важен компонент на газоизмервателните станции е измервателната система. Тя може да се състои от многопътен ултразвуков разходомер, газов хроматограф и компютърна станция, монтирана в специално климатизирано помещение, заедно със останалото спомагателно оборудване. Потокът от газ трябва да бъде измерван на многобройни места за извършване на мониторинг на работата на газопроводната система и особено там, където се извършва продажбата на газа. В зависимост от целта на измерването измервателните технологии се различават според изискваната точност. Ако се изисква ултразвуков разходомер, той трябва да бъде проектиран да отговаря или да надвишава изискванията за ултразвукови разходомери. Обикновено ултразвуковият разходомер е многопътен и тръбите трябва да бъдат оборудвани с кондиционер за поток. Преди използване тръбите на разходомера трябва да бъдат калибрирани при линейно налягане и при пълен поток през газопровода. Обичайно, тръбите на ултразвуковия разходомер са проектирани с дължини минимум 10D за поток от кондиционера до разходомера и с дължини 5D преди разходомера.

Всяка газоизмервателна станция разклонява газопровода като намалява налягането и измерва газа за различните потребители. Основното оборудване за газорегулиращите и газоизмервателните станции включва филтри, нагреватели, газорегулиращи редуктори и регулатори и разходомери. В допълнение, всяка станция е оборудвана с дренажна система за събиране и изпускане, както и резервоари за съхранение. Филтърните сепаратори се инсталират за отстраняване на увлечените от газовия поток течности и твърди тела. Филтрите могат да включват циклонни елементи за центрофугиране на частици и течности към страните на прилежащия съд под налягане. Тези частици и течности падат след това надолу и се съхраняват в утайник, който може да бъде дрениран периодично. Друг входящ филтър-сепаратор се инсталира преди разходомера. Филтърният сепаратор обикновено е хоризонтално устройство с лесно отваряща се преграда и платформа за достъп при смяна на филтърния елемент. Съдът трябва да бъде оборудван с датчици за ниво, превключватели за високо ниво на течността и трансмитер за диференциално налягане след филтърните елементи. Утайниците на филтър-сепаратора трябва да имат автоматични вентили за дрениране. Инсталиран е и кондензен резервоар за съхранение на течностите, отстранени от филтърния сепаратор. Повечето резервоари за тази цел са с двойни стени и са монтирани върху бетонна площадка. Резервоарът следва да е оборудван с датчик за ниво и превключвател за високо ниво на течността.

Друг основен компонент е контролният вентил. Той трябва да бъде инсталиран преди разходомера и управлява потока през разходомера и налягането на газа. Този вентил ограничава пропусквателната способност на станцията, за да се предотврати обемът на входящия газ да превиши капацитета на разходомера или номиналния обем. Контролният вентил по принцип се управлява от компютър за газовия поток (GFC), базиран на контролни точки, предоставени от газовия контролен център. За да се минимизират загубите на налягане, контролният вентил обикновено работи при напълно отворена позиция и следва да имат позиционен механизъм, индикатор за позиция и трансмитер за позиция. GFC извършва също мониторинг и контрол на съоръженията, както и качествени измервания на мястото на продажба на природния газ. GFC комуникира цялата информация към централна контролна конзола чрез SCADA система. Използва се и газов хроматограф за определяне на газовия състав с цел изчисляване на брутното количество топлина, получено при пълно изгаряне на единица количество газово гориво. Тези данни се предоставят на GFC за изчисляване на общото количество топлина на измерения газ. Взима се газова проба от място с непрекъснат поток. Газовата проба е осигурена при ниско налягане, за да се минимизира времето на закъснение, използвайки саморегулираща се сонда, и се насочва към газовия хроматограф и влагоанализатора. Влагоанализаторът измерва съдържанието на вода в газа. В зависимост от съдържанието на сяра в газа, може да е необходим и анализатор на сяра.

Следващ основен компонент е тръбната конфигурация на измервателната система. Тя трябва да дава възможност за двупосочен газов поток през станцията чрез подходящи тръбопроводи, колектори и вентили. Все пак, газовият поток през разходомера и регулатора трябва да бъде само в една посока. Контролният вентил се инсталира между изолационните сферични вентили, за да се даде възможност за извършване на техническо обслужване. Целесъобразно е да се инсталира ръчен байпас вентил за осигуряване на непрекъсната работа по време на дейности по поддръжка на контролния вентил. Монтира се и автоматичен спирателен кран на разклонението на газопровода. Този кран се управлява дистанционно от главната операционна система и е съоръжен с локално пневматично управление, ръчен хидравличен изпускателен вентил и крайни изключватели отворено/затворено. Продухването на тръбопроводите на газоизмервателната станция се извършва през вентилационен въздуховод, разположен в началото на тръбопроводите в станцията и вентилационни отвори, инсталирани след разходомера и след контролния вентил за газовия поток. Във вентилационните въздуховоди може да се монтират шумозаглушители в зависимост от нивото на шума.

Друг важен компонент са нагревателите на природен газ. Те се инсталират, за да се избегне образуването на хидрати, течни въглеводороди и вода като резултат от редуцирането на налягането. Газовият нагревател е проектиран да повиши температурата на газа, така че след редуцирането на налягането температурата на газа да бъде по-висока от тази в точката на оросяване при работни условия и максимален поток. Нагревателят е във водна баня с естествена циркулация като се поддържа температура от 70°C до 80°C. Там, където цената на газа е висока, алтернативно може да се използват високоефективни или кондензни пещи с цел предварително подгряване на газа.

Следващият основен компонент е системата за редуциране на налягането. Тя контролира доставното налягане на газа към потребителите. Всяка система се състои от най-малко две вериги за редуциране на налягането – работна и резервна. Всяка верига нормално включва два последователно включени регулиращи вентила, които трябва да бъдат оразмерени за максимално очакваните обеми при минимално очаквано входно налягане при преминаване на максимални обеми от природен газ. За газоизмервателни станции, обслужващи многобройни клиенти в жилищни сгради или при други непрекъсваеми услуги, трябва да се осигури достатъчен регулаторен капацитет, така че повредата на един регулиращ вентил да не намали капацитета под изискваното търсене.

Защита срещу шум, свръхналягане, пулсации и корозия
Нивата на звуковото налягане са от голямо значение за работата на газоизмервателните станции. Високите нива на шум могат да доведат до повреди в регулаторите, контролните вентили, контролноизмервателните уреди и тръбопроводите. За да се намали звуковото налягане се инсталират шумозаглушители, изолации, тръби с по-дебели стени, затихвателни дифузьори и др. За да се реализира защита от свръхналягане, станциите не се нуждаят от изпускателно устройство, ако е инсталиран регулатор за мониторинг последователно на всяка поредица регулатори, или ако е инсталиран регулатор за мониторинг, който е общ за всички поредици от регулатори. Когато се инсталира изпускателно устройство, неговият капацитет трябва да бъде най-големият капацитет, определен от няколко критерии във връзка с газовите потоци и налягания. Първият критерий е повреда в единична поредица или в тази с най-голям капацитет, която не включва регулатор за мониторинг. Следващият критерий е при повреда на всички поредици, в които регулаторите няма да могат да се отворят поради повреда в отделен общ контролноизмервателен инструмент или в контролноизмервателна линия. Освен това, минималният капацитет на изпускателното устройство за повреденият регулатор или регулатори трябва да бъде максималният общ поток при диференциално налягане между входа и изхода на регулатора или регулаторите.

Защитата срещу пулсации чрез използване на устройства за контрол на пулсациите е важна стъпка, която следва да се предприеме. Пулсациите водят до въвеждане на измервателни грешки. При проектиране на устройства за контрол на пулсациите се използват компютърни аналози. Съществуват няколко метода за определяне на това, дали нивата на пулсации биха могли да доведат до измервателни грешки, но оценката на квадратичната грешка остава най-добрият за доказване на необходимостта от оборудване за контрол на пулсациите с цел подобряване на абсолютната точност. Квадратичната грешка е прогнозируема и е винаги положителна. Тази грешка дава индикация за наличие на поток, който е по-голям от действителния поток. Грешките от нестабилност, които представляват пулсации, променящи коефициента на калибрирания отвор, могат да бъдат с променлива големина и с положителен или отрицателен знак. Една система с големи пулсации се нуждае от малка промяна в честотата, само с няколко Hz, което води до грешка от няколко процента.

Друг вид защита на газоизмервателната станция е катодната защита срещу корозия. Тази защита трябва да бъде отделена от катодната защита на газопровода като се инсталират изолационни комплекти на фланцовите връзки на измервателната система. Подземните тръбопроводи в границите на газоизмервателната станция трябва да бъдат катодно защитени от системата за катодна защита на газопровода.

Изисквания към сградите
Газоизмервателните станции са взривоопасни съоръжения и се проектират за монтиране на открито, под навеси или в закрити помещения, които се изграждат от негорими материали и неискрообразуващи подови настилки. В помещенията, в които са разположени газовите съоръжения, се инсталира аварийна вентилация с взривобезопасно изпълнение, включването на която се дублира със звуков и светлинен сигнал. Газоизмервателните станции се осигуряват с огради и други средства за защита. Пътищата на и до територията на газоизмервателните станции трябва да са с твърда настилка. Може да се проектират и отоплителна и климатична инсталации в зависимост от климатичните условия и конструкцията на използваните регулатори и контролно-измервателни прибори.

Газоизмервателните станции са едни от важните компоненти на газопроводите като осигуряват тяхната ефективност и надеждност за доставяне на енергиен източник, който има голямо значение за бита и промишлеността. Разположени по протежение на газопроводите, тези станции дават възможност на газовите компаниите да извършват мониторинг на природния газ. По същество, използвайки специални контролноизмервателни прибори, чрез газоизмервателните станции се измерва газовият поток без да се възпрепятства неговото движение и се дава възможност на операторите на газопроводи да проследяват газа и да извършват неговата продажба.